Директор ООО «СибЭнзайм» Евгений Дубинин (слева) и заместитель директора по производству Данила Гончар
Фото с сайта http://sib.fm/
От разработки ферментов - к созданию уникальных тест-систем
Ценность научных открытий возрастает после появления на их основе технологий, способных по-новому решать существующие практические задачи. Особое значение имеют инновации в области медицины, такие как, например, ранняя диагностика опасных патологий или лечение заболеваний, не оставляющих до этого пациентам шансов на нормальную жизнь.
Примером внедрения научных достижений в практику может служить работа новосибирской компании «СибЭнзайм» и ее дочерних предприятий - «ДиаГен» (разработка технологии создания геномного портрета человека), «ЭпиДжин» и «ДиаРен» (создание тест-систем для диагностики онкологических заболеваний на ранней стадии).
В мире существуют тест-системы, позволяющие установить наличие у пациента онкологического заболевания. Вместе с тем, разработки сибирских биотехнологов обещают произвести настоящую революцию в области ранней диагностики.
Соединяя науку и производство
Ни одно крупное исследование не возникает на новом месте. Основой для появления в Новосибирской области наработок, приближающих современную медицину к решению таких задач, как лечение ВИЧ-инфекций и других опасных заболеваний стал приказ об организации Всесоюзного НИИ молекулярной биологии (с 1985 года - НПО «Вектор), подписанный 2 августа 1974 года. Благодаря «Вектору» появился наукоград Кольцово и сделаны открытия, взятые позже на вооружение российским здравоохранением.
Вместе с тем, созданию НИИ молекулярной биологии предшествовала организация в регионе в 1970 году Специального конструкторско-технологическое бюро биологически активных веществ (СКТБ БАВ) как подразделения Бердского химического завода. Задачей СКТБ БАВ (с 1981 года Научно-исследовательского конструкторско-технологического института биологически активных веществ (НИКТИ БАВ) стало создание базы для выпуска биохимических препаратов, необходимых для развития генной инженерии, молекулярной биологии и вирусологии.
За первые десять лет новосибирские ученые разработали более 100 биохимических реагентов микробиологического происхождения, в том числе, дезокси- и рибонуклеиновые кислоты, нуклеотиды, ферменты нуклеинового обмена, ферменты рестрикции, белки микроорганизмов. Медицинская биохимия, биофизика, микробиология и биотехнология станут самостоятельными научными направлениями гораздо позже, тем не менее, значительная часть пути было пройдена уже в начале 80-х.
В 1985 году создается НПО «Вектор» и НИКТИ БАВ входит в его состав. В те годы «Вектор» - это единственный в стране центр, который проводит работу с вирусами вызывающими болезни с высокой летальностью, такие как натуральная оспа, геморрагические лихорадки Эбола, Марбург, Ласса и другие. Занимаясь созданием вакцин препятствующих распространению возможных эпидемий, микробиологи одновременно решают прикладные задачи разрабатывая диагностические тест-системы, создавая препараты для научных исследований. Пройдет не так много времени и значение прикладных исследований заметно возрастет.
В начале 90-х годов с переходом к рыночной экономике российская наука попадает в трудную ситуацию. Сокращается финансирование, средств на приобретение оборудования и приборов нет. Затянувшаяся реформа приводит к оттоку квалифицированных научных кадров за рубеж. Именно в этот сложный период, в 1991 году доктор биологических наук, профессор Сергей Дегтярев создает компанию «СибЭнзим» (с 1998 г. - «СибЭнзайм), которая начинает заниматься производством и реализацией ферментов метаболизма нуклеиновых кислот и сопутствующих препаратов, использующихся в молекулярно-биологических исследованиях и генно-инженерных работах. Площадка для выпуска ферментов оборудована на Бердском химическом заводе (с 1991 года - Бердский завод биопрепаратов). Вплоть до настоящего времени «СибЭнзайм» остается единственным в России производителем этой уникальной продукции.
В начале 90-х мировой рынок биотехнологий еще только формируется, однако многим уже понятно, что ждет впереди. Пройдет 25 лет и объем этого рынка будет оцениваться сотнями миллиардов долларов, правда, Россия будет занимать на нем менее 0,1%, уступая не только США или Германии, но даже Индии и Китаю (инвестирует в биотехнологии $40 млрд ежегодно). Тем не менее, даже не получая миллиардных инвестиций, опираясь в основном на собственные ресурсы «СибЭнзайм» получит широкую известность.
Главный показатель уровня научных достижений сибирского предприятия - количество производимых эндонуклеаз рестрикции. Выпуская около двухсот ферментов, обновляя и расширяя список своей продукции, компания удерживает прочные позиции в первой тройке мирового рейтинга, уступая лишь таким гигантам как New England Biolabs Inc. и Thermo Fisher Scientific Inc. На потяжении двух десятилетий «СибЭнзайм» остается признанным лидером в разработке новых типов ферментов расщепляющих ДНК. В лабораториях компании открыта и описана первая сайт-специфическая ДНК-никаза, впервые обнаружены и детально охарактеризованы ферменты, относящиеся к новому типу сайт-специфических 5-метилцитозин-зависимых ДНК эндонуклеаз. Поиск новых ферментов идет непрерывно. Исследователи перебирают тысячи штаммов, чтобы найти среди них те, которые способны узнавать новые уникальные последовательности нуклеотидов. В числе заказчиков - научные институты из Европы, Японии, Бразилии, Турции, Китая, Малайзии, Индии, Австралия, США. Продукцию «СибЭнзайма» используют и российские НИИ, в частности, лаборатория Центра вирусологии и биотехнологии «Вектор». В 2011-2012 годах компания решает занять новый для себя сегмент - ее специалисты приступают к работе над созданием уникальных тест-систем.
Анализ ДНК на службе у медицины
В 2007 году в наукограде Кольцово в рамках государственной программы поддержки малого предпринимательства был открыт первый на территории НСО бизнес-инкубатор. Средства на его строительство и оснащение в равных долях обеспечили Министерство экономического развития РФ и администрация Новосибирской области. В число задач - содействие развитию научно-производственного комплекса на территории Кольцово, помощь стартапам в доведении инноваций до готовых продуктов, их продвижение на рынок.
Первым резидентом представляющим «СибЭнзайм» в бизнес-инкубатор в Кольцово, стала компания «СибЭнзим-Нск». Созданное в 2010 году предприятие первоначально было нацелено на получение новых ферментов метаболизма нуклеиновых кислот и организацию их производства, однако позже к этому добавилось еще одно направление - разработка тест-систем, позволяющих выявлять рак на ранних стадиях.
- Ранняя диагностика любого заболевания, не говоря уже об онкологии - ключ к успешному лечению, - говорит директор ГУП «Новосибирский областной центр развития промышленности и предпринимательства» (управляет бизнес-инкубатором наукограда Кольцово) Сергей Ярков. - Врачи и пациенты ждут появления тест-систем, позволяющих сократить время постановки диагноза, упрощающие проведение процедуры и снижающие ее стоимость. За время работы нашего бизнес-инкубатора уже несколько резидентов превратились в крупные, успешные предприятия федерального масштаба. Конечно же мы желаем компании «СибЭнзайм» и ее дочерним структурам повторить или даже превзойти этот успех.
Для непосвященного человека, запомнившего из курса школьной биологии, что потомство всегда похоже на своих родителей, а универсальным носителем генетической информации является ДНК почти невозможно с первого раза понять суть работы ферментов, способных точно распознать те или иные участки молекулы ДНК.
Фото с сайта http://biolgra.ucoz.ru/
Чтобы понять, что такое нуклеотиды, генетический код, генные мутации и технологии секвенирования нужно поступить в университет, или, по крайней мере, провести несколько часов (дней) с директором компании «СибЭнзайм» Евгением Дубининым, не устающего объяснять гостям наукограда Кольцово (в том числе, руководителям самого высокого ранга) в чем заключается идея ранней диагностики онкологических заболеваний? Для чего человеку необходим геномный паспорт и можно ли в настоящее время говорить о «геномной» медицине? Но, все же первое, о чем его чаще всего спрашивают - в чем суть тест-систем, разрабатываемых учеными «ЭпиДжин» и «ДиаРен» на площадке бизнес-инкубатора?
- Действие производимых нашей компанией ферментов основано на их способности «узнавать» определенные участки ДНК, - объясняет он. - Есть механизмы, которые регулируют деятельность генов, отвечающих за разные функции в организме человека. Так механизм метилирования (добавление метильных групп (CH3) на специфические сайты белков ДНК просто отключает ген. Функция ДНК метилирования до сих пор полностью не ясна, тем не менее, у каждого гена есть своя регуляторная область и если в этом месте «повисает» метильная группа, то ген выключается. Он перестает продуцировать РНК и как следствие - белок. По принципу «выключения» генов в организме протекают многие заболевания и даже процесс старения, когда общий уровень метилирования генов повышается. В случае рака отключаются гены-онкосупрессоры, которые в нормальном состоянии не дают заболеванию развиваться. Если эти гены отключены, запускается процесс образования опухоли.
Разработанные «СибЭнзаймом» ферменты позволяют определять наличие в определенном месте метальной группы, а следовательно, отключенные гены. Если говорить научным языком, то ученые разработали метод GLAD-ПЦР-анализа, позволяющий определять в биологических образцах всего несколько молекул ДНК, содержащих метилированный сайт в интересующей точке генома. Для анализа метилирования всей ДНК они разработали метод, способный осуществлять картирование сайтов R(5mC)GY в геноме с помощью методов NGS секвенирования.
Предложенная методика обладает высокой чувствительностью, она надежна, к тому же требует в 50 раз меньшего количества ДНК. Внедрить тест в клиническую практику достаточно просто. Как он будет проходить на практике?
- Предполагается, что для прохождения теста человеку нужно будет лишь сдать анализ крови, - поясняет директор «СибЭнзайма». - Специалист выделит из нее ДНК, обработает ее и затем проведет Полимеразную цепную реакция (ПЦР), увеличивающую концентрацию ДНК. Все это происходит в одной пробирке в три последовательных действия, при помощи стандартных процедур. На сегодняшний день наша задача состоит в том, чтобы определить выключение каких конкретных генов-онкосупрессоров сопровождает появление определенного вида рака. Для каждого онкологического заболевания они свои, что позволяет отличить один его вид от другого.
Фото с сайта http://sib.fm/
Уникальность предложенной методики состоит в том, что изменения на генном уровне происходят в самом начале образования опухоли, когда другими методами определить рак еще невозможно. В будущем «СибЭнзайм» планирует вывести на рынок пять систем для определения наиболее распространенных видов рака - легких, желудка, груди, кишечника и почки. Уже известно, что тест-система будет представлять собой набор реагентов и инструкцию, как ими пользоваться. Технология обеспечивает проведение диагностики в течение 4-6 часов на оборудовании, которое есть в большинстве государственных клиник. Сейчас завершается разработка пилотной тест-системы - на диагностику колоректального рака.
Новый метод был успешно опробован в ГНЦ ВБ «Вектор» на образцах крови больных и доноров в 2013-2014 годах. После этого тест-система была включена в федеральную целевую программу по направлению «Наука о жизни». Ожидается, что к концу 2017 года она будет готова к использованию. Потребуется некоторое время, чтобы завершить процедуру ее регистрации, после чего тест-систему можно будет поставлять в лечебные учреждения.
С учетом потребностей рынка
Когда стали понятны перспективы применения новой тест-системы, технологией заинтересовался наноцентр «СИГМА.Новосибирск» (предприятие оказывает полный спектр услуг по поддержке на инновации всех этапах жизненного цикла: от идеи до готового продукта). По итогам проведенных переговоров появился стартап «ЭпиДжин» - совместная компания наноцентра и «СибЭнзайма», которая в партнерстве с ГНЦ ВБ «Вектор» начала заниматься вопросом коммерциализации тест-системы на колоректальный рак.
О перспективности проекта по ранней диагностике рака говорит тот факт, что он вошел в топ-50 российских стартапов 2014 года по версии Russian Startup Rating. И все же, далеко не все стартапы выживают в суровых рыночных реалиях...
- До этого времени мы работали только на научном рынке, - говорит Евгений Дубинин. - Разработка тест-систем - наш пилотный проект, поэтому риски не исключены. Тем не менее, считаю, что данный продукт должен быть востребован, поскольку методика ранней диагностики не имеет мировых аналогов. Сама же по себе методика поиска «выключенных» генов является универсальной. По такому же принципу можно диагностировать ишемическую болезнь сердца, диабет второго типа, болезнь Альцгеймера и другие заболевания. В настоящее время мы занимаемся теми видами раков, диагностика которых затруднена. Например, рак почки, для которого не существует тест-систем на раннюю диагностику. Это направление ведет компания «ДиаРен». В ближайшее время она станет резидентом бизнес-инкубатора наукограда Кольцово.
Несколько в стороне от разработки тест-систем располагается еще одна компания, также входящая в структуру «СибЭнзайма» - компания «ДиаГен».
- В 2014 году мы приступили к разработке методики, позволяющей определять «картину в целом» - определить все гены, которые выключены по всей длине ДНК. Это - достаточно дорогая технология, поскольку требуется секвенирование и последующей расшифровки большого объема данных, - объясняет Евгений Дубинин. - Нам интересно проверять конкретные гены не «на ощупь», а увидеть структуру молекулы в целом. Для этого мы взяли клеточную линию онкологического больного и сделали ее эпигентическое секвенирование. Увидев какие гены в ней метилированы (отключены) мы определили за какие жизненно важные биологические процессы в организме человека они отвечают. После этого оставалось сравнить полученные результаты с показателями здорового человека, чтобы найти отличия. Для проведения диагностики более применим точечный метод, когда специалист знает какие из генов нужно смотреть, чаще всего анализируя комбинации из 3-5 генов. Когда нужна общая картинка такой способ не подойдет.
Создание геномного портрета человека в широких масштабах - задача на перспективу. Как услуга в настоящее время она практически не востребована, однако ученые «СибЭнзайма» активно применяют полученные знания в научных целях. За три года работы в бизнес-инкубаторе специалисты «ДиаГен» доработали технологию оставив открытым вопрос будут ли заниматься ее коммерциализацией, или нет. Важный момент - создание геномного портрета базируется на использовании ферментов, выпускаемых «СибЭнзаймом».
- Мы продолжаем изучать ферменты и открывать новые, - говорит Евгений Дубинин. - Компания не меняет основное направление. «СибЭнзайм» остается разработчиком ферментов, а все наши новые компании - это попытка разработать новые технологии, коммерциализировать наши научные достижения, выйти на новые рынки.
Отвечая на вопрос - почему компания берется за освоение новых рыночных ниш? - поясняет. - Мы знаем о ферментах едва ли не больше всех в мире, шанс что кто-то сделает на их основе что-то интересное и наши продукты начнут продаваться большими тиражами не велик. Если мы сами разработаем тест-системы и сами будем внедрять их на рынок шансы существенно возрастают.
Продвижение новых тест-систем на рынок - задача не из простых. Чтобы привлечь внимание зарубежных клиник необходимо провести дополнительные испытания, а это - значительные затраты. Компания рассчитывает на поддержку наноцентра «СИГМА.Новосибирск». Кроме того, специалисты «СибЭнзайма» принимает активное участие в крупных международных конференциях которые дают возможность рассказать научному сообществу о полученных результатах, найти партнеров, чтобы в короткий срок вывести метод ранней онкодиагностики на мировой рынок.
- Мы уже информируем потенциальных заказчиков о наличии данной технологии, - говорит Евгений Дубинин. - Могу с уверенностью говорить, о том, что интерес к ее использованию в мире есть.
